美国在科学和技术研究，以及技术产品创新方面都是最具影响力的国家之一。美国政府一贯认为，科学技术开支是对国家未来的投资，并以此为准则制定科技政策。美国科技政策一向重视国防研究与基础研究，前者主要是为了维持军事上的优势，而后者则基于基础研究乃是国家长期发展之本的考虑。
人类工业史上许多最重要的发明，包括了轧棉机、通用零件、生产线等都是源自美国，其中工业的生产线尤其重要，它使得工业的大量生产从梦想变为真实。其他重要的发明还包括飞机、电灯泡与电话。美国还在20世纪策划了著名的曼哈顿原子弹计划、阿波罗登月计划和人类基因组计划。在第二次世界大战时期，美国最早研制出原子弹，将人类科技带入原子时代的新纪元。冷战开始后，美国最先在太空科学和技术领域取得成功，在太空竞赛中领跑，从而导致了火箭技术、武器研究、材料科学和计算机等领域的重大进步，1969年7月，当尼尔·阿姆斯特朗从阿波罗11号飞船中走出，成为踏上月球的人时，标志着竞赛达到巅峰。美国在计算机与网络发展史上贡献极大，包括二战中发明的计算机、初期的军事化应用，到今日个人电脑发展与革新，美国国防部创办的ARPA网是网络技术的先驱。
在科学研究方面，美国学者赢得了大量的诺贝尔奖，尤其是在生物和医学领域。美国国家健康研究中心是美国生物医学的聚焦点，并已完成人类基因组计划，使人类对肿瘤、阿兹海默症等疾病的治愈研究进入重要阶段。航空和航天研究的政府机构是美国国家航空航天局。波音公司和洛克希德·马丁公司一类的私营企业也扮演了重要角色。美国国家科学院、美国国家工程院、美国国家医学院和美国国家自然基金会，是美国科学界最高水平的四大学术机构。除自然基金会外，其他三院分别授予院士头衔。
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